(57)【要約】      （修正有）【課題】推進力の高いダクト付きスラスタを提供する。【解決手段】船舶用ダクト付きスラスタ１は、船舶の底部２から下方に向けて延出するストラット３と、ストラット３の下部に接続されて後方に延出するポッド４と、ポッド４の後部に接続されて水流を発生させるプロペラ５と、プロペラ５を囲むようにストラット３の後方に配置されたダクト６と、を備え、ポッド４の最大直径部４ａが、前後方向においてダクトの前端部６ａに対応する位置に配置されている。【選択図】図２
2010000905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の底部から下方に向けて延出するストラットと、
前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、
前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、
前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、
前記ポッドの最大直径部が、前後方向において前記ダクトの前端部に対応する位置に配置されていることを特徴とする船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項２】
前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離Ｌmが、前記ダクトの前後方向における長さＬpの０．２倍以下である請求項１に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項３】
前記プロペラの直径Ｄpに対する前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgの割合Ｄg／Ｄpが、０．２５以上０．４５以下である請求項１又は２に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項４】
前記ポッドの外周面は、前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径している請求項１乃至３のいずれかに記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項５】
前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgに対する前記ポッドの前端から前記最大直径部までの長さＬgの割合Ｌg／Ｄgが０．５より大であり、
前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径している請求項１乃至４のいずれかに記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に推力を発生させるダクト付きスラスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、タグボート等の大きな曳引力を要する船舶には、高推力で推力方向を変更可能なダクト付きスラスタを搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。ダクト付きスラスタは、船内にある原動機の駆動力を船底から下方に突出したストラットの内部を通る垂直回転軸に伝達し、その駆動力をストラット下部に接続されたポッド（ギヤケース）内にあるベベルギヤにて水平回転軸周りの回転に変換し、プロペラを駆動する。また、このダクト付きスラスタは、船内の別の原動機による動力で垂直回転軸まわりに回転することで、推力方向を変更することも可能となっている。そして、プロペラの周りには翼型断面を有するリング状のダクトが配置されているため、プロペラの回転で生じる水流がダクトにより案内され、効率良く船舶の推進力が発生する。
【特許文献１】特開平１０−８１２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ポッドのストラットとの接続部分にはベベルギヤが収容されるため、ポッドの最大直径部は当該接続部分に位置しており、ポッドの外周面はその最大直径部から後方に向けて略直線的に縮径しているのが通常である。しかしながら、ダクトはポッドの縮径した小径の後部を囲むように配置されることなるため、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が大きくなり、ダクトに流入する水の流速が遅くなる。
【０００４】
ダクトの前端部近傍には圧力低下領域が発生し、その圧力低下に起因してダクト自身に推進力に寄与する力が生じるが、ベルヌーイの定理から分かるように、ダクトに流入する水の流速が遅くなるとダクト前端部近傍の圧力が十分に低下しないため、ダクトによる推進力の発生が十分ではなくなる。
【０００５】
そこで本発明は、推進効率の良いダクト付きスラスタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、船舶の底部から下方に向けて延出するストラットと、前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、前記ポッドの最大直径部が、前後方向において前記ダクトの前端部に対応する位置に配置されていることを特徴とする。
【０００７】
前記構成によれば、ポッドの最大直径部が前後方向においてダクトの前端部に対応する位置に配置されているので、ダクトの前端近傍においてダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が低減され、ダクトに流入する水の流速が速くなる。そうすると、ダクトの前端近傍における圧力低下が促進され、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。
【０００８】
前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離Ｌmが、前記ダクトの前後方向における長さＬpの０．２倍以下であってもよい。
【０００９】
前記構成によれば、ポッドの最大直径部が、前後方向においてダクトの前端又はその近傍に対応して位置するので、ダクトの前端近傍においてダクトに流入する水の流速を好適に速めることができる。
【００１０】
前記プロペラの直径Ｄpに対する前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgの割合Ｄg／Ｄpが、０．２５以上０．４５以下であってもよい。
【００１１】
前記構成によれば、推進効率を高めることができる。なぜなら、Ｄg／Ｄpが０．２５未満である場合には、プロペラを通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクトに流入する水の流速が低下し、ダクトの前端近傍における圧力低下が不十分となり、Ｄg／Ｄpが０．４５を超えた場合には、ポッドの水流に対する抵抗が大きくなるからである。
【００１２】
前記ポッドの外周面は、前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径していてもよい。
【００１３】
前記構成によれば、最大直径部から後端にかけて縮径の勾配が緩やかな領域が広くなるので、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積の小さい領域が広くなり、ダクト内でプロペラに流入する水における流速が速い領域が十分に確保される。
【００１４】
前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgに対する前記ポッドの前端から前記最大直径部までの長さＬgの割合Ｌg／Ｄgが０．５より大であり、前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径していてもよい。
【００１５】
前記構成によれば、ポッドが水流から受ける抵抗を低減することができる。即ち、従来はポッドの前端面は半球状に形成されていたため、前方からの水流により受ける正圧抵抗が大きくなるが、本発明のようにＬg／Ｄgが０．５より大とし、翼断面の前端部のように徐々に拡径する構成とすることで、ポッドが受ける水流抵抗を低減して推進効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ダクトに流入する水の流速が速くなることでダクトの前端近傍に生じる圧力低下が促進されるため、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１８】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ１の正面図である。図２は図１に示す船舶用ダクト付きスラスタ１を一部断面にした側面図である。図１及び２に示すように、船舶用ダクト付きスラスタ１は、船舶の底部２から下方に延出するストラット３を備えている。そのストラット３の下部には断面円形状で後方（下流側）に向けて延出するポッド４が接続されている。ポッド４の後部には、水流を発生させるプロペラ５が回転可能に接続されている。プロペラ５は、ストラット３の後方に配置されたダクト６により取り囲まれている。
【００１９】
ストラット３の内部空間には、垂直回転軸１１が軸受１２に回転自在に支持された状態で配置されており、その垂直回転軸１１の上端部には船内にあるプロペラ用原動機９の出力軸に動力伝達可能に連結されている。垂直回転軸１１の下端部は、ポッド４内部まで延びている。ポッド４の内部空間には、後方に向けて延びる水平回転軸１４が軸受１５に回転自在に支持された状態で配置されている。垂直回転軸１１の下端部と水平回転軸１４の前端部とはベベルギヤ１３を介して動力伝達可能に接続されている。水平回転軸１４の後端部は、プロペラ５に接続されている。このような構成により、プロペラ用原動機９の回転動力によりプロペラ５が回転することとなる。
【００２０】
また、ストラット３は、垂直回転軸１１回りに回転可能なように船舶の底部２に軸受１０及びシール部材７を介して接続されており、ストラット３自体を回転させる駆動力を発生する旋回用原動機８に連結されている。よって、旋回用原動機８による回転動力によりストラット３が垂直回転軸１１回りに回転し、それと一体的にポッド４、プロペラ５及びダクト６が旋回し、推力発生方向を変更しうる。
【００２１】
ダクト６は、リング状で翼型断面を有している。ダクト６の前端部６ｂは、その内周面が前方（上流側）に向けて徐々に拡径しており、前端部６ｂ以外の本体部６ｃの内周面は略同一径となっている。即ち、ダクト６の前端部６ａの内周面は前方に向けて拡径するように反った形状となっている。このダクト６には、ポッド４の後側部分が収容され、ポッド４の前側部分はダクト６よりも前方に突出している。詳細には、ポッド４のダクト６に収容されている部分における前後方向の長さは、ポッド４のダクト６より前方に突出している部分における前後方向の長さよりも短くなるように設定されている。
【００２２】
ポッド４は、前端４ｃから後方に向けて徐々に拡径しており、その最大直径部４ａが前後方向においてダクト６の前端部６ｂに対応する位置に配置されている。具体的には、ポッド４の最大直径部４ａとダクト６の前端６ａとの間の前後方向における距離Ｌmが、ダクト６の前後方向における長さＬpの０．２倍以下となるように設定されている。また、ポッド４の外周面は、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部４ｂを有している。さらに、ポッド４の最大直径部４ａの直径をＤgとし、プロペラ５の直径をＤpとすると、Ｄg／Ｄpは０．２５以上０．４５以下に設定されている。
【００２３】
図３は図２の要部拡大図である。図３に示すように、ダクト６の前端部６ｂの内周面近傍には、圧力低下領域２０が形成される。これは、ポッド４に沿ってダクト６内に流入する水や、ダクト６の外面近傍から前端６ａに沿ってダクト６内に巻き込まれる水などの影響により、ダクト６の前端部６ｂの内周面近傍で流速が速くなるからである。そして、この圧力低下領域２０により、ダクト６の前端部６ｂの内周面には、図３の矢印で示すような力Ｆが発生する。
【００２４】
この力Ｆは、垂直分力ＦVと水平分力ＦHとに分けることができる。図３に示す垂直分力ＦVは、ダクト６の上側部に対して下方に向けた力を生じているが、ダクト６の下側部には上方に向けた力が生じるため、それらが互いに打ち消しあうことでダクト６全体には力Ｆの垂直分力ＦVの影響はなくなる。一方、水平分力ＦHは、前方に向けた力を生じるため、推進力に寄与することとなる。
【００２５】
ここで、ポッド４の最大直径部４ａは、前後方向においてダクト６の前端部６ｂに対応する位置に配置されているので、ダクト６の前端部６ｂ近傍においてダクト６の内周面とポッド４の外周面との間の流路断面積が小さくなっている。これにより、ダクト６に流入する水の流速は速くなり、ベルヌーイの定理より、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下領域２０の圧力低下が促進されることとなる。
【００２６】
また、ポッド４のテール部４ｂは、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径しているので、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて縮径の勾配が緩やかとなり、ダクト６の内周面とポッド４の外周面との間の流路断面積の小さい領域が前後方向に広くなる。これにより、ダクト６内でプロペラ５に流入する水において、流速が速くなる領域が十分に確保され、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下領域２０の圧力低下がさらに促進されることとなる。
【００２７】
以上より、図３に示したダクト６の前端部６ｂの内周面に生じる力Ｆは増大することとなり、推進力に寄与する水平分力ＦHが増大する。したがって、ダクト６により生じる推進力は向上することとなる。
【００２８】
図４は図１に示す船舶用ダクト付きスラスタ１の推進効率ηとＤg／Ｄpとの関係を示したグラフである。なお、図１に示すようにポッド４の最大直径部４ａの直径をＤgとし、プロペラ５の直径をＤpと定義する。図４は、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）による数値計算で船舶用ダクト付きスラスタ１の推進効率ηとＤg／Ｄpとの関係を出力したグラフである。なお、縦軸は推進効率ηをその最大値で割った値η／ηmaxとし、横軸をＤg／Ｄpとしている。
【００２９】
図４によれば、η／ηmaxは、Ｄg／Ｄpが０．３８あたりをピークとしており、Ｄg／Ｄpが０．２５以上０．４５以下の範囲で優れた推進効率を発揮することが分かる。なぜなら、Ｄg／Ｄpが０．２５未満である場合には、プロペラ５を通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクト６に流入する水の流速が低下し、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下が不十分となるからである。また、Ｄg／Ｄpが０．４５を超えた場合には、ポッド４の水流に対する抵抗が大きくなるからである。よって、本実施形態のポッド４とプロペラ５は、Ｄg／Ｄpが０．２５以上０．４５以下の範囲内になるように設定されている。
【００３０】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ３１を一部断面にした側面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、本実施形態のポッド３４は、その最大直径部４ａが前後方向においてダクト６の前端６ａと略一致する位置に配置されている。また、ポッド３４の外周面は、最大直径部３４ａから後端３４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部３４ｂを有している。
【００３１】
さらに、ポッド３４のダクト６より前方に突出している部分における前後方向の長さは、ポッド３４のダクト６に収容されている部分における前後方向の長さよりもかなり長く、ポッド３４の最大直径部３４ａよりも前側の部分３４ｅの外周面は前後方向に長尺であり、前端３４ｃから最大直径部３４ａまで緩やかに拡径した形状である。具体的には、ポッド３４の最大直径部３４ａの直径をＤgとし、ポッド３４の前端３４ｃから最大直径部３４ａまでの長さをＬgとすると、Ｌg／Ｄgが０．５より大となるように設定されている。このような構成により、ポッド４が前方からの水流により受ける正圧抵抗が低減され、推進効率が向上することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、推進力が向上する優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる船舶推進装置に広く適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタの正面図である。
【図２】図１に示す船舶用ダクト付きスラスタを一部断面にした側面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図１に示す船舶用ダクト付きスラスタの推進効率とＤg／Ｄpとの関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタを一部断面にした側面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１，３１  ダクト付きスラスタ
３  ストラット
４，３４  ポッド
４ａ，３４ａ  最大直径部
５  プロペラ
６  ダクト
【図１】
2010000905.tif 000003
【図２】
2010000905.tif 000004
【図３】
2010000905.tif 000005
【図４】
2010000905.tif 000006
【図５】
2010000905.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成21年8月21日(2009.8.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の底部から下方に向けて延出するストラットと、
前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、
前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、
前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、
前記ダクトは、その前端部の内周面が前方に向けて拡径した形状であり、
前記ポッドの最大直径部が、前後方向において前記ダクトの前端部に対応する位置に配置されており、
前記ポッドの外周面は前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径していることを特徴とする船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項２】
前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離Ｌmが、前記ダクトの前後方向における長さＬpの０．２倍以下である請求項１に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項３】
前記プロペラの直径Ｄpに対する前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgの割合Ｄg／Ｄpが、０．２５以上０．４５以下である請求項１又は２に記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【請求項４】
前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgに対する前記ポッドの前端から前記最大直径部までの長さＬgの割合Ｌg／Ｄgが０．５より大であり、
前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径している請求項１乃至３のいずれかに記載の船舶用ダクト付きスラスタ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に推力を発生させるダクト付きスラスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、タグボート等の大きな曳引力を要する船舶には、高推力で推力方向を変更可能なダクト付きスラスタを搭載したものがある（例えば、特許文献１参照）。ダクト付きスラスタは、船内にある原動機の駆動力を船底から下方に突出したストラットの内部を通る垂直回転軸に伝達し、その駆動力をストラット下部に接続されたポッド（ギヤケース）内にあるベベルギヤにて水平回転軸周りの回転に変換し、プロペラを駆動する。また、このダクト付きスラスタは、船内の別の原動機による動力で垂直回転軸まわりに回転することで、推力方向を変更することも可能となっている。そして、プロペラの周りには翼型断面を有するリング状のダクトが配置されているため、プロペラの回転で生じる水流がダクトにより案内され、効率良く船舶の推進力が発生する。
【特許文献１】特開平１０−８１２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、ポッドのストラットとの接続部分にはベベルギヤが収容されるため、ポッドの最大直径部は当該接続部分に位置しており、ポッドの外周面はその最大直径部から後方に向けて略直線的に縮径しているのが通常である。しかしながら、ダクトはポッドの縮径した小径の後部を囲むように配置されることなるため、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が大きくなり、ダクトに流入する水の流速が遅くなる。
【０００４】
ダクトの前端部近傍には圧力低下領域が発生し、その圧力低下に起因してダクト自身に推進力に寄与する力が生じるが、ベルヌーイの定理から分かるように、ダクトに流入する水の流速が遅くなるとダクト前端部近傍の圧力が十分に低下しないため、ダクトによる推進力の発生が十分ではなくなる。
【０００５】
そこで本発明は、推進効率の良いダクト付きスラスタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、船舶の底部から下方に向けて延出するストラットと、前記ストラットの下部に接続されて後方に延出するポッドと、前記ポッドの後部に接続されて水流を発生させるプロペラと、前記プロペラを囲むように前記ストラットの後方に配置されたダクトと、を備え、前記ダクトは、その前端部の内周面が前方に向けて拡径した形状であり、前記ポッドの最大直径部が、前後方向において前記ダクトの前端部に対応する位置に配置されており、前記ポッドの外周面は前記最大直径部から後端にかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径していることを特徴とする。
【０００７】
前記構成によれば、ポッドの最大直径部が前後方向においてダクトの前端部に対応する位置に配置されているので、ダクトの前端近傍においてダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積が低減され、ダクトに流入する水の流速が速くなる。そうすると、ダクトの前端近傍における圧力低下が促進され、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。さらに、最大直径部から後端にかけて縮径の勾配が緩やかな領域が広くなるので、ダクト内周面とポッド外周面との間の流路断面積の小さい領域が広くなり、ダクト内でプロペラに流入する水における流速が速い領域が十分に確保される。
【０００８】
前記ポッドの最大直径部と前記ダクトの前端との間の前後方向における距離Ｌmが、前記ダクトの前後方向における長さＬpの０．２倍以下であってもよい。
【０００９】
前記構成によれば、ポッドの最大直径部が、前後方向においてダクトの前端又はその近傍に対応して位置するので、ダクトの前端近傍においてダクトに流入する水の流速を好適に速めることができる。
【００１０】
前記プロペラの直径Ｄpに対する前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgの割合Ｄg／Ｄpが、０．２５以上０．４５以下であってもよい。
【００１１】
前記構成によれば、推進効率を高めることができる。なぜなら、Ｄg／Ｄpが０．２５未満である場合には、プロペラを通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクトに流入する水の流速が低下し、ダクトの前端近傍における圧力低下が不十分となり、Ｄg／Ｄpが０．４５を超えた場合には、ポッドの水流に対する抵抗が大きくなるからである。
【００１２】
前記ポッドの前記最大直径部の直径Ｄgに対する前記ポッドの前端から前記最大直径部までの長さＬgの割合Ｌg／Ｄgが０．５より大であり、前記ポッドの外周面は、前記前端から前記最大直径部まで徐々に拡径していてもよい。
【００１３】
前記構成によれば、ポッドが水流から受ける抵抗を低減することができる。即ち、従来はポッドの前端面は半球状に形成されていたため、前方からの水流により受ける正圧抵抗が大きくなるが、本発明のようにＬg／Ｄgが０．５より大とし、翼断面の前端部のように徐々に拡径する構成とすることで、ポッドが受ける水流抵抗を低減して推進効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ダクトに流入する水の流速が速くなることでダクトの前端近傍に生じる圧力低下が促進されるため、ダクトにより生じる推進力を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ１の正面図である。図２は図１に示す船舶用ダクト付きスラスタ１を一部断面にした側面図である。図１及び２に示すように、船舶用ダクト付きスラスタ１は、船舶の底部２から下方に延出するストラット３を備えている。そのストラット３の下部には断面円形状で後方（下流側）に向けて延出するポッド４が接続されている。ポッド４の後部には、水流を発生させるプロペラ５が回転可能に接続されている。プロペラ５は、ストラット３の後方に配置されたダクト６により取り囲まれている。
【００１７】
ストラット３の内部空間には、垂直回転軸１１が軸受１２に回転自在に支持された状態で配置されており、その垂直回転軸１１の上端部には船内にあるプロペラ用原動機９の出力軸に動力伝達可能に連結されている。垂直回転軸１１の下端部は、ポッド４内部まで延びている。ポッド４の内部空間には、後方に向けて延びる水平回転軸１４が軸受１５に回転自在に支持された状態で配置されている。垂直回転軸１１の下端部と水平回転軸１４の前端部とはベベルギヤ１３を介して動力伝達可能に接続されている。水平回転軸１４の後端部は、プロペラ５に接続されている。このような構成により、プロペラ用原動機９の回転動力によりプロペラ５が回転することとなる。
【００１８】
また、ストラット３は、垂直回転軸１１回りに回転可能なように船舶の底部２に軸受１０及びシール部材７を介して接続されており、ストラット３自体を回転させる駆動力を発生する旋回用原動機８に連結されている。よって、旋回用原動機８による回転動力によりストラット３が垂直回転軸１１回りに回転し、それと一体的にポッド４、プロペラ５及びダクト６が旋回し、推力発生方向を変更しうる。
【００１９】
ダクト６は、リング状で翼型断面を有している。ダクト６の前端部６ｂは、その内周面が前方（上流側）に向けて徐々に拡径しており、前端部６ｂ以外の本体部６ｃの内周面は略同一径となっている。即ち、ダクト６の前端部６ａの内周面は前方に向けて拡径するように反った形状となっている。このダクト６には、ポッド４の後側部分が収容され、ポッド４の前側部分はダクト６よりも前方に突出している。詳細には、ポッド４のダクト６に収容されている部分における前後方向の長さは、ポッド４のダクト６より前方に突出している部分における前後方向の長さよりも短くなるように設定されている。
【００２０】
ポッド４は、前端４ｃから後方に向けて徐々に拡径しており、その最大直径部４ａが前後方向においてダクト６の前端部６ｂに対応する位置に配置されている。具体的には、ポッド４の最大直径部４ａとダクト６の前端６ａとの間の前後方向における距離Ｌmが、ダクト６の前後方向における長さＬpの０．２倍以下となるように設定されている。また、ポッド４の外周面は、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部４ｂを有している。さらに、ポッド４の最大直径部４ａの直径をＤgとし、プロペラ５の直径をＤpとすると、Ｄg／Ｄpは０．２５以上０．４５以下に設定されている。
【００２１】
図３は図２の要部拡大図である。図３に示すように、ダクト６の前端部６ｂの内周面近傍には、圧力低下領域２０が形成される。これは、ポッド４に沿ってダクト６内に流入する水や、ダクト６の外面近傍から前端６ａに沿ってダクト６内に巻き込まれる水などの影響により、ダクト６の前端部６ｂの内周面近傍で流速が速くなるからである。そして、この圧力低下領域２０により、ダクト６の前端部６ｂの内周面には、図３の矢印で示すような力Ｆが発生する。
【００２２】
この力Ｆは、垂直分力ＦVと水平分力ＦHとに分けることができる。図３に示す垂直分力ＦVは、ダクト６の上側部に対して下方に向けた力を生じているが、ダクト６の下側部には上方に向けた力が生じるため、それらが互いに打ち消しあうことでダクト６全体には力Ｆの垂直分力ＦVの影響はなくなる。一方、水平分力ＦHは、前方に向けた力を生じるため、推進力に寄与することとなる。
【００２３】
ここで、ポッド４の最大直径部４ａは、前後方向においてダクト６の前端部６ｂに対応する位置に配置されているので、ダクト６の前端部６ｂ近傍においてダクト６の内周面とポッド４の外周面との間の流路断面積が小さくなっている。これにより、ダクト６に流入する水の流速は速くなり、ベルヌーイの定理より、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下領域２０の圧力低下が促進されることとなる。
【００２４】
また、ポッド４のテール部４ｂは、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径しているので、最大直径部４ａから後端４ｄにかけて縮径の勾配が緩やかとなり、ダクト６の内周面とポッド４の外周面との間の流路断面積の小さい領域が前後方向に広くなる。これにより、ダクト６内でプロペラ５に流入する水において、流速が速くなる領域が十分に確保され、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下領域２０の圧力低下がさらに促進されることとなる。
【００２５】
以上より、図３に示したダクト６の前端部６ｂの内周面に生じる力Ｆは増大することとなり、推進力に寄与する水平分力ＦHが増大する。したがって、ダクト６により生じる推進力は向上することとなる。
【００２６】
図４は図１に示す船舶用ダクト付きスラスタ１の推進効率ηとＤg／Ｄpとの関係を示したグラフである。なお、図１に示すようにポッド４の最大直径部４ａの直径をＤgとし、プロペラ５の直径をＤpと定義する。図４は、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）による数値計算で船舶用ダクト付きスラスタ１の推進効率ηとＤg／Ｄpとの関係を出力したグラフである。なお、縦軸は推進効率ηをその最大値で割った値η／ηmaxとし、横軸をＤg／Ｄpとしている。
【００２７】
図４によれば、η／ηmaxは、Ｄg／Ｄpが０．３８あたりをピークとしており、Ｄg／Ｄpが０．２５以上０．４５以下の範囲で優れた推進効率を発揮することが分かる。なぜなら、Ｄg／Ｄpが０．２５未満である場合には、プロペラ５を通過する水の流路断面積が大きくなることで、ダクト６に流入する水の流速が低下し、ダクト６の前端部６ｂ近傍における圧力低下が不十分となるからである。また、Ｄg／Ｄpが０．４５を超えた場合には、ポッド４の水流に対する抵抗が大きくなるからである。よって、本実施形態のポッド４とプロペラ５は、Ｄg／Ｄpが０．２５以上０．４５以下の範囲内になるように設定されている。
【００２８】
（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタ３１を一部断面にした側面図である。なお、第１実施形態と共通する構成については同一符号を付して説明を省略する。図５に示すように、本実施形態のポッド３４は、その最大直径部４ａが前後方向においてダクト６の前端６ａと略一致する位置に配置されている。また、ポッド３４の外周面は、最大直径部３４ａから後端３４ｄにかけて外側に向けて凸となる略円弧状に縮径したテール部３４ｂを有している。
【００２９】
さらに、ポッド３４のダクト６より前方に突出している部分における前後方向の長さは、ポッド３４のダクト６に収容されている部分における前後方向の長さよりもかなり長く、ポッド３４の最大直径部３４ａよりも前側の部分３４ｅの外周面は前後方向に長尺であり、前端３４ｃから最大直径部３４ａまで緩やかに拡径した形状である。具体的には、ポッド３４の最大直径部３４ａの直径をＤgとし、ポッド３４の前端３４ｃから最大直径部３４ａまでの長さをＬgとすると、Ｌg／Ｄgが０．５より大となるように設定されている。このような構成により、ポッド４が前方からの水流により受ける正圧抵抗が低減され、推進効率が向上することとなる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明に係る船舶用ダクト付きスラスタは、推進力が向上する優れた効果を有し、この効果の意義を発揮できる船舶推進装置に広く適用すると有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタの正面図である。
【図２】図１に示す船舶用ダクト付きスラスタを一部断面にした側面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図１に示す船舶用ダクト付きスラスタの推進効率とＤg／Ｄpとの関係を示したグラフである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る船舶用ダクト付きスラスタを一部断面にした側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，３１  ダクト付きスラスタ
３  ストラット
４，３４  ポッド
４ａ，３４ａ  最大直径部
５  プロペラ
６  ダクト